基于PLC的分布式光伏发电系统的设计

基于PLC的分布式光伏发电系统的设计

韩歌

北京京能清洁能源电力股份有限公司华南分公司 广东省湛江市 524000

摘要：随着经济社会的快速发展，我国的科技建设已经得到很大的发展。当今世界，资源供给格局改变，资源短缺，开发清洁资源成为发展趋势和必然选择。开发清洁资源时，要将焦点放到对太阳能的应用，太阳能开发是我国新能源建设的重点。对太阳能的开发，一般分成光热转换、光电转换和光化学转换三个重要途径。其中，按照能量输送途径，太阳能光伏发电一般分为独立光伏发电、并网光伏发电和布置式光伏发电。

关键词：PLC；分布式

中国经济的高速增长，家庭用电量的持续提高，促进了光伏发电产业的快速发展，更多的分布式光伏发电系统得到运用。文章基于PLC设计分布式光伏发电系统，解决分布式光伏发电系统设计中存在的各种困难，为今后的光伏发电设计提出了一些有效意见，以供参考。

1 分布式光伏发电系统概述

分布式光伏发电系统可以直接把光能转换为电能，完成发电工作，其主要工作过程包括发电、并网、能量转化和利用，是一种全新的高效发电系统。分布式光伏发电系统具有产生电量小、环境污染少、发供电兼顾的优点，其使用可以解决供电紧缺的问题，被广泛应用到配电网。

分布式发电项目的发电量可全部入网、全部自用或自发私用后余电量入网，由使用者自主选择，不足的电量由电网直接供给。在具体工作中，分布式光伏发电系统并网主要采用双极性式并网和二极关系型并网的方式。其中，双极性式并网主要采用单极控制器，具有拓扑构造简洁、单极片数量较少、无中间储能、设备投入低和电能利用率较高等优点，但对单极控制器稳定性要求较高，直流母线接通时不可控。二极关系型并网的控制器为内回路电流控制器，其优点是交流过程独立可控、变流电输入大、逆变过程效率高和控制系统平稳，而缺陷是拓扑结构复杂、成本高和功率消耗大。

2 基于PLC的分布式光伏发电系统的设计意义

分布式光伏发电系统凭借其优越性得到快速发展，随着分布式光伏发电系统和配电网技术的进步完善，采用PLC设计分布式光伏发电系统是目前的一项重大技术问题。为了满足对分布式光伏发电系统的应用需求，除了发展技术，还需要从法律的层面加以调整优化，为发电系统的建设带来保障。

供电品质的改善对满足城市建设发展进程中的电力需要和我国经济社会的蓬勃发展有着非常关键的意义。设计基于PLC的分布式光伏发电系统，可以保证中国光伏发电系统的建设安全，最大化地运用太阳能资源为我国的经济建设提供电能。为此，国家电网公司需要主动为分布式光伏发电系统接入国家电网创造有利环境和打造绿色通道。分布式能源工程对于完善国家能源结构、推进节能减排、实现国民经济与社会的可持续发展具有重大意义。分布式发电项目的设计与施工建设应当符合有关规范，并网点的电力品质须符合国家和行业有关规范。

3 基于PLC的分布式光伏发电系统的设计要求

分布式光伏发电系统的工作模式比较丰富，需要对系统工程方案进行分析和建模，利用递进式操作体系，保证系统效率。可以利用传感器技术收集工程数据，再利用计算机技术对数据进行深入分析与价值评估，然后发出后续的控制指令。也可以利用通信模型发送命令，增大计算机系统对数据的判别效率。分布式光伏发电系统的内部拓扑架构包括集散控制监测装置、控制中心、网络通信和附属信息系统等，需要保证集散控制系统在光伏发电中的使用有效性。

以往，距离较远的分布式光伏发电系统不稳定，会对地方的经济与社会建设造成重大冲击，完善分布式光伏发电系统的设计，可以实现分布式光伏发电系统的输出平衡，同时降低设备运行故障概率。分布式光伏发电系统的逆变器受到的压力相当大，在应用过程中，随着电力使用量不断增加，会产生许多问题，如不同装置互相影响，影响分布式光伏发电系统的实际使用。设计基于PLC的分布式光伏发电系统，可以通过电流保护，为整个供电网络的运行提供可靠的质量保证，也可以满足目前配电网设计开发的要求。

4 基于PLC的分布式光伏发电系统的硬件设计

4.1 PLC控制器

分布式光伏发电系统采用的PLC控制器的型号是三菱FX5U-64MR，分布式光伏发电系统的控制平台选用力控集态软件系统，在PLC控制器和力控集态软件系统之间通过RS485通信，实现了信息传输与反馈。

4.2 环境温度感应器

系统采用的环境温度感应器的型号是CYB-20S-k W，该温度传感器采用热电阻PT1000作为热敏器件，可测量环境温度区间为-50～260℃，最大测量准确度为0.2%，最大激励电压区间为12～24 V DC，该温度传感器的形状、尺寸均满足标准安装尺寸规定，测量准确度也符合系统规定。

4.3 倾角感应器

系统采用的倾角感应器的型号是ZCT290L-LHS-17，该感应器采用了双轴设计，可检测X轴与Y轴两个方向的倾角，测量范围为90°，能传递-10～10 V的电压信息及4～20 m A的电流信息。

4.4 光照强度感应器

系统采用的光照强度感应器的型号是ZCT182L-LHZ-1，该感应器的电源为12～24 V DC。

4.5 光伏并网逆变器

光伏并网逆变器是一类能够把直流电转化为交流电的光电子器件，具有自动稳频和稳定电流的特性，能够保证光伏并网发电装置的最大电能效率。其功能主要是把太阳能电池组产生的直流电（12 V、24 V、48 V）逆转为交流电，然后输送到公共设备。

光伏并网逆变器的主要技术指标是一般故障恢复时限（MTTR）、事故率、可靠性、平均故障间隔时限（MTBF）。光伏并网逆变器包括流量源流量监控、电压源流量监控、流量源电压监控、电压源流量监控等四类。为了保证光伏并网发电系统获得良好的动态反馈，光伏并网逆变器一般选用流量源输入。如果使用电流控制器模式输出，需要通过锁相电路达到与电网电流同步的目的。但锁相电路的工作周期比较长，很难对并网逆变器的电流值进行精确监控，且极易产生噪声信号环流现象。为了改善并网电流效率，在光伏并网时逆变器电流输出侧应采用适当的滤波器。为了保证公共设备的安全，并网逆变器的选择必须充分考虑三相电压、输出稳定、欠压保护、防雷接地保护、短路保护、抗孤岛效应等问题。

5 基于PLC的分布式光伏发电系统的软件设计

软件是分布式光伏发电系统的主要部分，其管理范围包括单轴光伏发电系统、离网光伏发电系统，并网发电系统、市用电输入系统和各种继电器、接触器。这四个系统既彼此独立，又互相联系、彼此控制。其中，在控制单轴光伏发电系统时，第一次按下按钮K10后，灯光摆杆将在无垂直度的情况下向东运动至东限位开关，再回到垂直高度，然后终止工作，此时开启灯光为1；如果灯光摆杆在向东运动中达到了垂直位置，则摆杆终止运动，此时开启灯光2；如果灯光摆杆在按下键数后仍达到了垂直位置，此时启动虚拟灯光1或灯光2。

四个系统之间的逻辑关系使用三菱FX5U PLC控制器控制，能够实现结构化编程，并能写成ST语言的FBD/LD。FBD/LD编辑器是指结合FBD语言与阶梯图编程语言制作程序的图形化语言编辑器，能够自由选择预先准备的各种功能部件，仅需连接即可制作程序，同时可以清晰地展示执行顺序和其他应用程序的职能模块，通过与区域内实时数据库互动而完成各种功能扩充。

6 结束语

综上所述，目前，我国已经在光伏发电系统领域得到了明显进展，但是还需要对其进行全面的深入研究，为国家的光伏发电系统发展提供可靠的质量保证。在今后的分布式光伏发电系统发展过程中，需要进一步推动光伏发电技术的发展，从而实现国家经济社会的又好又快发展。

参考文献

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